KR102300917B1 - 하수의 분할 주입 및 공기교반을 이용한 고효율 질소 및 인 제거 연속 회분식 하수처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 고효율 연속 회분식 하수처리장치를 이용한 하수처리 방법으로서, 하수조(181)에 연결된 하수관(182)를 통해 하수를 공급받으며 공급된 하수를 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196)를 통해 중등수공간부(123, 125) 및 하등수공간부(124, 126)에 각각 탈질소화 및 탈 인화에 필요한 하수의 유기물을 선택적으로 공급하는 하수분할 유입 단계; 상기 제1분기관로부(193)에서 공급되는 하수를 제1반응조(121)에 저장하는 단계; 상기 제2분기관로부(196)에서 공급되는 하수를 제2반응조(122)에 저장하는 단계; 상기 제1반응조(121)에서 중등수공간부(123) 및 하등수공간부(124) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 침전공정이 이루어지는 단계; 상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어지는 단계; 상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 중등수공간부(125) 및 하등수공간부(126) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어지는 단계; 상기 제1반응조(121)에서는 상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어지는 단계; 및 자동화 제어모듈(60)은, 상기 하수분할유입장치(110), 상기 제1반응조(121)에 대한 제1중층유입부(171) 및 제1하부유입부(172), 상기 제2반응조(122)에 대한 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179), 상기 중등수공간부(123, 125), 상기 하등수공간부(124, 126) 및 에어블로워(143)를 구동제어하는 단계;를 포함하는, 하수처리 방법을 개시한다.

Description

하수의 분할 주입 및 공기교반을 이용한 고효율 질소 및 인 제거 연속 회분식 하수처리방법{SEQUENTIAL BATCH WASTEWATER TREATMENT METHOD OF REMOVING NITROGEN AND PHOSPHOR USING DIVIDED SEWAGE INPUT AND AIR MIXING}

본 발명은 SBR(Sequencing Batch Reaction)공법을 이용한 하수처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수분할 유입장치를 이용하여 슬러지가 포함된 하수를 제1반응조와 제2반응조에 각각 주입하고 각 반응조별로 서로 다른 하수처리 공정을 단계적으로 수행하여 혐기, 탈질 및 질산화 효율을 증대시키면서도 공정간 에너지 소비효율을 극대화한 하수처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

종래 하수처리 방식에서는 하나의 유입 라인을 기초로 한 하수처리 장치만이 존재하였다. 또한, 종래의 SBR(Sequencing Batch Reaction) 방식에서는, 침전슬러지 높이와는 상관없이 정해진 수위까지 기계적으로 배출함으로써 침전슬러지도 같이 배출되는 문제점을 안고 있었다. 또한, 교반공정, 폭기공종 및 침전공정이 하나의 반응조에서 이루어지지 않고 복수 개의 수조에서 개별적으로 이루어지기 때문에 설비가 대형화되고 구축비용이 과도해지는 문제점이 있었다.

한편, 하수처리 기술과 관련한 종래기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0081920호(20150715공개, 하수의 고도처리 장치 및 방법)를 예로 들 수 있다. 해당 특허문헌에서는, "하수의 고도처리 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 하수의 고도처리 장치는 생물학적 처리공정을 거친 하수처리수를 전달받도록 마련되되 내부공간이 침전부와 침지식 분리막이 설치되는 고액분리부로 구획되는 처리조; 및 상기 고액분리부로 오존가스를 공급하도록 마련된 오존산화유닛;을 포함하도록 구성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 다른 하수의 고도처리 방법은 생물학적 처리공정을 거친 하수처리수를 전달받는 처리조 내부공간을 침전부와, 침지식 분리막이 설치되는 고액분리부로 구획하고, 상기 고액분리부로 오존가스가 공급되도록 하여 상기 고액분리부에서 상기 침지식 분리막에 의한 고액분리공정 및 오존가스에 의한 오존산화공정이 동시에 이루어지도록 구성될 수 있다."가 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술에 따른 하수처리장치는 하나의 유입 라인을 기초로 한 하수처리 장치만을 개시하고 있으며, 상등수 처리시 상시 구동 동력이 필요하며, 상등수 배출시 수면 상부에 체류하고 있는 스컴은 물론이고 슬러지까지도 배출되는 문제가 존재하였다.

또한, 종래의 하수처리방법 및 하수처리장치는 슬러지가 정화된 하수의 상등수를 정화수조로 배출하기 위해 수면에 부상하면서 상등수를 수집하는 상등수 배출장치가 구비되고, 이 상등수 배출장치의 하부에는 수면변화에 따른 승강이동시 유동하지 않도록 지지하고 동시에 수집된 상등수를 외부로 배출하기 위해 내부에 이송관로가 형성된 자바라 형태의 지지부재를 이용하는데, 상등수 배출장치가 승강하더라도 자바라 형상이 수중에서는 원활하게 신축되지 않아 상등수 배출장치를 지지하는 기능구현이 제한될 뿐만 아니라 대형화될수록 더욱 신축동작이 이루어지지 않아 대규모 하수처리 방법 및 장치에는 적용하지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 본 발명이 이하에서 설명하는 산소용해율이 적은 조대기포를 이용한 교반기술에 대해서는 전혀 개시하지 않고 있다.

공개특허공보 제10-2015-0081920호(2015,07.15), 하수의 고도처리 장치 및 방법

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 하수분할 유입장치를 이용하여 슬러지가 포함된 하수를 제1반응조와 제2반응조에 각각 주입하고 각 반응조별로 서로 다른 하수처리 공정을 단계적으로 수행하여 혐기, 탈질 및 질산화 효율을 증대시키면서도 공정간 에너지 소비효율을 극대화하며, 상하로 회동동작하는 가이드관로를 이용하여 수위변화에 따라 승강이동하는 상등수 배출장치의 본체부를 견고하게 지지하면서도 외부로 상등수를 배출가능한 하수처리 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 연속 회분식 하수처리장치를 이용한 하수처리 방법은, 하수조(181)에 연결된 하수관(182)를 통해 하수를 공급받으며 공급된 하수를 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196)를 통해 중등수공간부(123, 125) 및 하등수공간부(124, 126)에 각각 탈질소화 및 탈 인화에 필요한 하수의 유기물을 선택적으로 공급하는 하수분할 유입 단계; 상기 제1분기관로부(193)에서 공급되는 하수를 제1반응조(121)에 저장하는 단계; 상기 제2분기관로부(196)에서 공급되는 하수를 제2반응조(122)에 저장하는 단계; 상기 제1반응조(121)에서 중등수공간부(123) 및 하등수공간부(124) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 침전공정이 이루어지는 단계; 상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어지는 단계; 상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 중등수공간부(125) 및 하등수공간부(126) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어지는 단계; 상기 제1반응조(121)에서는 상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어지는 단계; 및 자동화 제어모듈(60)은, 상기 하수분할유입장치(110), 상기 제1반응조(121)에 대한 제1중층유입부(171) 및 제1하부유입부(172), 상기 제2반응조(122)에 대한 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179), 상기 제1산기부(141) 및 상기 제2산기부(142), 상기 중등수공간부(123, 125), 상기 하등수공간부(124, 126) 및 에어블로워(143)를 구동제어하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 제1반응조(121)에서 교반공정이 이루어질 때, 탈질소화를 높일 수 있도록, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하고, 상기 제2반응조(122)에서 침전공정이 이루어질 때, 침전효율을 높일 수 있도록, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입하지 않는다.

또한, 상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하지 않은 상태에서 질산화 효율을 높이고 일정시간 안에 질산화가 종료되면, 중등수공간부(123)내 중층부에 대한 조대공기 제1교반부(145)를 통해 산소농도를 줄여 무산소조건을 형성하고, 상기 제2반응조(122)에서 방류공정이 이루어질 때 방류가 종료될 때까지 하수를 유입하지 않고 상등수를 배출하고 방류 종료 후에 하등수공간부(126)에 하수를 유입하여 탈 인효율을 높인다.

또한, 상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때, 침전효율을 높일 수 있도록, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하지 않고, 상기 제2반응조(121)에서 교반공정이 이루어질 때, 탈질소화를 높일 수 있도록, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입한다.

또한, 상기 제1반응조(121)에서 방류공정이 이루어질 때 방류가 종료될 때까지 하수를 유입하지 않고 상등수를 배출하고 방류 종료 후에 하등수공간부(124)에 하수를 유입하여 탈 인효율을 높이는, 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입하지 않은 상태에서 질산화 효율을 높이고 일정시간 안에 질산화가 종료되면, 중등수공간부(125)내 중층부에 대한 조대공기 제1교반부(148)를 통해 산소농도를 줄여 무산소조건을 형성한다.

또한, 상기 제1분기관로부(193)는 제1중층유입부(171)와 연결되는 상부 제1분기관로(195) 및 상기 제1하부유입부(172)와 연결되는 하부 제1분기관(194)을 포함하고, 상기 제2분기관로부(196)는 제2중층유입부(178)와 연결되는 상부 제2분기관로(197) 및 상기 제2하부유입부(179)와 연결되는 하부 제2분기관(198)을 포함하며, 하수분할 유입장치(110)를 통해서, 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 각각 탈질소화 및 탈 인화에 필요한 하수의 유기물을 선택적으로 유입시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 상등수 배출장치(130)는, 상등수를 내부로 유입하여 수집하는 본체부(131), 및 상기 본체부(131)와 배출관로(183) 사이에 연장배치되며 내부에 중공(1331)이 형성되어 상기 본체부(131)의 내부로 유입된 상등수를 배출관로(183)로 배출하되, 일단은 본체부(131)에 회동가능하게 연결되고 타단은 상기 배출관로(183)에 대하여 회동가능하게 연결되어 수위변화에 따른 본체부(131)의 승강이동에 따라 회동동작하면서 본체부(131)의 승강경로를 가이드하는 가이드관로(133)를 포함한다.

또한, 상기 제1교반부(144) 및 제2교반부(147)에 연결된 조대공기 제1교반부(145, 148) 및 조대공기 제2교반부(146, 149)는, 조대공기를 생성시켜 수중에 녹아 들아가는 산소농도를 최소화하고, 노즐이 이물질로 막히는 것을 방지할 수 있도록, 상기 에어블로워(143)로부터 에어를 공급받아 조대공기를 생성하여 조대공기의 상승류로 교반기류를 형성하는 조대기포 산기관으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1반응조(121)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 일정량의 탈질화 미생물이 유지된 중등수가 배치되는 중등수공간부(123)와 고농도의 탈 인화 미생물이 유지된 하등수가 배치되는 하등수공간부(124)가 각각 마련되며, 상기 중등수공간부(123)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1중층유입부(171) 및 조대공기 제1교반부(145)가 각각 배치되고, 상기 하등수공간부(124)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 유입하는 제1하부유입부(172) 및 조대공기 제2교반부(146)가 배치되며, 상기 제2반응조(122)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 일정량의 탈질화 미생물이 유지된 중등수가 배치되는 중등수공간부(125)와 고농도의 탈 인화 미생물이 유지된 하등수가 배치되는 하등수공간부(126)가 각각 마련되고, 상기 중등수공간부(125)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2중층유입부(178) 및 조대공기 제1교반부(148)가 각각 배치되고, 상기 하등수공간부(126)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 유입하는 제2하부유입부(179) 및 조대공기 제2교반부(149)가 배치된다.

또한, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)와 연통되되 별도로 분리되어 이루어지며, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)로부터 공급된 하수를 내부로 유입하는 하수유입구(174)가 상부에 형성된 상부챔버(173) 및, 상기 상부챔버(173)의 하부에 배치되고 상부챔버(173)와의 연결부위에 연통공(176)이 형성되며 하부에는 배출공(177)이 형성되어 내부로 유입된 하수를 각 반응조(121,122)의 내부로 배출하는 하부챔버(175)를 포함하고, 침전된 미생물계면의 교란을 예방할 수 있도록, 상기 하부챔버(175)는 상부에서 하부로 갈수록 점차적으로 크기가 확장되는 형태로 이루어져 하수유입구(174)를 통해 공급되는 하수의 유입 흐름보다 상대적으로 낮은 흐름으로 배출공(177)을 통해 상기 중등수공간부(123, 125) 및 상기 하등수공간부(124, 126)에 각각 유입시켜 하수를 배출한다.

또한, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 하수유입구(174)의 개구된 면적보다 연통공(176)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성되고, 상기 연통공(176)의 개구된 면적보다 배출공(177)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성된다.

또한, 상기 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 유입시킴에 있어서, 상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198)에 대응하는 배출 연결홀이 마련된 회전구를, 모터의 의해 회전하여, 상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198) 가운데 어느 하나 또는 2개의 관만이 상기 배출 연결홀에 연결되어, 상기 배출 연결홀에 연결된 관으로는 하수가 상기 회전구 내부를 통해서 선택적으로 배출되고, 상기 배출 연결홀에 연결되지 않은 관에 대해서는 하수가 상기 회전구에 의해서 막혀서 하수가 배출되지 않도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 하수처리 시스템은, 하수조(181)에 연결된 하수관(182)를 통해 슬러지가 포함된 하수를 공급받으며 공급된 하수를 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196)를 통해 선택적으로 배출하는 하수분할 유입장치(110); 상기 제1분기관로부(193)에 연결되어 공급되는 하수를 저장하는 제1반응조(121); 상기 제2분기관로부(196)에 연결되어 공급되는 하수를 저장하는 제2반응조(122); 및 상기 제1반응조(121)와 제2반응조(122)의 내부에 각각 배치되고 부력이 구비되어 하수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하는 상등수 배출장치(130);를 포함하며, 상기 상등수 배출장치(130)는, 상등수를 내부로 유입하여 수집하는 본체부(131) 및, 상기 본체부(131)와 배출관로(183) 사이에 연장배치되며 내부에 중공(1331)이 형성되어 상기 본체부(131)의 내부로 유입된 상등수를 배출관로(183)로 배출하되, 일단은 본체부(131)에 회동가능하게 연결되고 타단은 상기 배출관로(183)에 대하여 회동가능하게 연결되어 수위변화에 따른 본체부(131)의 승강이동에 따라 회동동작하면서 본체부(131)의 승강경로를 가이드하는 가이드관로(133)를 포함한다.

또한, 상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 미세기포를 생성하는 제1산기부(141); 상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 미세기포를 생성하는 제2산기부(142); 상기 제1산기부(141) 및 제2산기부(142)와 에어관로(199)로 각각 연결되어 미세기포 생성에 필요한 에어를 공급하는 에어블로워(143); 상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 교반수류를 형성하는 제1교반부(144); 상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 교반수류를 형성하는 제2교반부(147); 및 상기 하수분할 유입장치(110), 각 산기부(141,142), 각 교반부(144,147), 및 에어블로워(143)를 구동제어하는 제어모듈(160);을 더 포함한다.

또한, 상기 제어모듈(160)은, 상기 제1반응조(121)에서 교반공정이 이루어질 때 상기 제2반응조(122)에서 침전공정이 이루어지고, 상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때 상기 제2반응조(122)에서 방류공정이 이루어지며, 상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때 상기 제2반응조(122)에서 교반공정이 이루어지고, 상기 제1반응조(121)에서 방류공정이 이루어질 때 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어지도록, 상기 하수분할 유입장치(110), 각 산기부(141,142), 각 교반부(144,147) 및 에어블로워(143)를 구동제어한다.

또한, 상기 제1교반부(144) 및 제2교반부(147)는, 수중에 녹아 들아가는 산소농도를 최소화하고, 노즐이 이물질로 막히는 것을 방지할 수 있도록, 상기 에어블로워(143)로부터 에어를 공급받아 조대기포를 생성하여 교반기류를 형성하는 조대기포 산기관으로 이루어진다.

또한, 상기 제1반응조(121)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 중등수가 배치되는 중등수공간부(123)와 하등수가 배치되는 하등수공간부(124)가 각각 마련되며, 상기 중등수공간부(123)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1중층유입부(171)가 배치되고, 상기 하등수공간부(124)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1하부유입부(172)가 배치되며, 상기 제2반응조(122)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 중등수가 배치되는 중등수공간부(125)와 하등수가 배치되는 하등수공간부(126)가 각각 마련되고, 상기 중등수공간부(125)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2중층유입부(178)가 배치되고, 상기 하등수공간부(126)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2하부유입부(179)가 배치된다.

또한, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)와 연통되되 별도로 분리되어 이루어지며, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)로부터 공급된 하수를 내부로 유입하는 하수유입구(174)가 상부에 형성된 상부챔버(173) 및, 상기 상부챔버(173)의 하부에 배치되고 상부챔버(173)와의 연결부위에 연통공(176)이 형성되며 하부에는 배출공(177)이 형성되어 내부로 유입된 하수를 각 반응조(121,122)의 내부로 배출하는 하부챔버(175)를 포함하고, 상기 하부챔버(175)는 상부에서 하부로 갈수록 점차적으로 크기가 확장되는 형태로 이루어져 하수유입구(174)를 통해 공급되는 하수의 유입 흐름보다 상대적으로 낮은 흐름으로 배출공(177)을 통해 하수를 배출한다.

또한, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 하수유입구(174)의 개구된 면적보다 연통공(176)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성되고, 상기 연통공(176)의 개구된 면적보다 배출공(177)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성된다.

또한, 상기 제1분기관로부(193)는 제1중층유입부(171)와 연결되는 상부 제1분기관로(195) 및 상기 제1하부유입부(172)와 연결되는 하부 제1분기관(194)을 포함하고, 상기 제2분기관로부(196)는 제2중층유입부(178)와 연결되는 상부 제2분기관로(197) 및 상기 제2하부유입부(179)와 연결되는 하부 제2분기관(198)을 포함하며, 상기 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 배출한다.

또한, 상기 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 배출함에 있어서, 상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198)에 대응하는 배출 연결홀이 마련된 회전구를, 모터의 의해 회전하여, 상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198) 가운데 어느 하나 또는 2개의 관만이 상기 배출 연결홀에 연결되어, 상기 배출 연결홀에 연결된 관으로는 하수가 상기 회전구 내부를 통해서 선택적으로 배출되고, 상기 배출 연결홀에 연결되지 않은 관에 대해서는 하수가 상기 회전구에 의해서 막혀서 하수가 배출되지 않도록 한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조대기포를 생성하는 조대기포 산기관은, 외부에 위치하는 별도의 에어블로워로부터 에어를 공급받는 에어 배관; 및 상기 에어 배관으로부터 고압으로 배출된 에어를 이용하여, 조대기포를 생성하여 토출하는 노즐부;를 포함하고, 고압으로 에어가 배출되고, 에어 공급이 정지될 때 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있도록, 상기 노즐부가 상기 에어 배관과 만나는 노즐부의 입구를 상대적으로 좁게 형성하고, 상기 노즐부가 외부 반응조와 만나는 노즐부의 출구는, 조대기포가 생성될 수 있도록, 상기 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성한다.

여기서, 상기 노즐부는, 기존에 반응조 내에 설치된 상기 에어 배관과 조립되어 결합되며, 상기 노즐부는, 상기 에어 배관의 어느 개방된 일측에 밀폐 가능하게 마련되되 상기 개방된 일측보다 큰 외경을 갖는 나사 소켓; 상기 나사 소켓의 내측에 마련된 나사산에 나사체결되어 결합되며, 그 단면 구조가 입구는 상대적으로 좁게 형성하고, 출구는 상기 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성되도록 이루어질 수 있다.

또는, 상기 노즐부는, 기존에 반응조 내에 설치된 상기 에어 배관과 조립되어 결합되며, 상기 노즐부는, 상기 에어 배관의 어느 개방된 일측에 마련되되 상기 개방된 일측을 밀폐 가능하게 커버하는 제 1 새들(saddle); 및 상기 에어 배관을 기준으로 상기 제 1 새들의 반대쪽에 위치하여 상기 제 1 새들과 나사결합되는 제 2 새들;를 포함하고, 상기 제 1 새들은, 그 단면 구조가 상기 에어 배관의 어느 개방된 일측과 만나는 노즐부의 입구는 상대적으로 좁게 형성하고, 출구는 상기 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성되도록 이루어질 수 있다.

또는, 상기 노즐부는, 반응조 내에 설치된 상기 에어 배관과 일체로 형성되며, 상기 노즐부는, 상기 에어 배관의 어느 개방된 일측에 마련되되, 그 단면 구조가 상기 에어 배관의 어느 개방된 일측과 만나는 노즐부의 입구는 상대적으로 좁게 형성하고, 출구는 상기 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성되도록 이루어질 수 있다.

또한, 상술한 조대기포 산기관이 복수 개 구비되되, 복수 개의 조대기포 산기관은 2개 이상의 계열로 구분되고, 하나의 에어블로워 및 상기 복수 개의 조대기포 산기관의 에어 배관 사이에는 계열 별로 각각 밸브를 구비하고, 시간 구간에 따라, 상기 계열 별로 교대로 교반하여 교반에 대한 에너지 비용을 줄일 수 있도록, 상기 계열 별로 각각 설치된 밸브를 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 하수처리 방법 및 그 시스템(장치)에 의하면,

첫째, 하수조(181)에 연결된 하수관(182)를 통해 슬러지가 포함된 하수를 공급받는 하수분할 유입장치(110)는 공급된 하수를 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196)를 통해 선택적으로 배출하고, 제1반응조(121)는 제1분기관로부(193)에 연결되어 공급되는 하수를 저장하며, 제2반응조(122)는 제2분기관로부(196)에 연결되어 공급되는 하수를 저장하고, 상등수 배출장치(130)는 제1반응조(121)와 제2반응조(122)의 내부에 각각 배치되고 부력이 구비되어 하수의 수면위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하는 것과 같이, 슬러지가 포함된 하수를 제1반응조(121)와 제2반응조(122)에 각각 주입하고 각 반응조별로 서로 다른 하수처리 공정을 단계적으로 수행하여 혐기, 탈질 및 질산화 효율을 증대시키면서도 공정간 에너지 소비효율을 극대화할 수 있다.

둘째, 상기 상등수 배출장치(130)는, 상등수를 내부로 유입하여 수집하는 본체부(131) 및, 상기 본체부(131)와 배출관로(183) 사이에 연장배치되며 내부에 중공(1331)이 형성되어 본체부(131)의 내부로 유입된 상등수를 배출관로(183)로 배출하되 일단은 본체부(131)에 회동가능하게 연결되고 타단은 배출관로(183)에 대하여 회동가능하게 연결되어 수위변화에 따른 본체부(131)의 승강이동에 따라 회동동작하면서 본체부(131)의 승강경로를 가이드하는 가이드관로(133)를 포함하는 구조로 이루어짐으로써, 자바라 형태를 갖는 종래의 지지부재를 이용하는 경우와 달리 수위변화에 따라 승강이동하는 상등수 배출장치(130)의 본체부(131)를 견고하게 지지하면서도 외부로의 상등수 배출이 가능하며 이로 인해 대규모 하수처리시스템에도 적용이 가능한 장점이 있다.

셋째, 제1산기부(141)는 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 미세기포를 생성하고, 제2산기부(142)는 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 미세기포를 생성하며, 에어블로워(143)는 제1산기부(141) 및 제2산기부(142)와 각각 에어관로(199)로 연결되어 미세기포 생성에 필요한 에어를 공급하고, 제1교반부(144)는 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 교반수류를 형성하며, 제2교반부(147)는 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 교반수류를 형성하고, 제어모듈(160)은 하수분할 유입장치(110), 각 산기부(141,142), 각 교반부(144,147) 및 에어블로워(143)를 구동제어하되, 상기 제1반응조(121)에서 교반공정이 이루어지는 타이밍에 제2반응조(122)에서 침전공정이 이루어지고, 상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어지는 타이밍에 제2반응조(122)에서 방류공정이 이루어지며, 상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어지는 타이밍에 제2반응조(122)에서 교반공정이 이루어지고, 상기 제1반응조(121)에서 방류공정이 이루어지는 타이밍에 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어지도록 상기 하수분할 유입장치(110), 각 산기부(141,142), 각 교반부(144,147) 및 에어블로워(143)를 구동제어함으로써, 각 반응조(121,122)에 하수를 공급하거나 공급된 하수를 배출하거나 에어를 공급하기 위해 필요한 동력원(예를 들면, 펌프 및 에어블러워)의 구동을 최소화할 수 있으므로 정화처리 공정을 수행하는데 필요한 에너지소비 효율을 극대화할 수 있다.

넷째, 상기 제1교반부(144) 및 제2교반부(147)는 에어블로워(143)로부터 에어를 공급받아 조대기포를 생성하여 교반기류를 형성하는 조대기포 산기관으로 이루어짐으로써, 교반용 프로펠러가 각 반응조(121,122) 내부에 배치될 필요가 없어 반응조(121,122) 내부공간을 효율적으로 사용할 수 있으면서도 교반효율을 증대시킬 수 있다. 나아가 조대기포가 생기는 구조를 만들어서, 수중에 녹아 들어가는 산소농도를 최소화하고, 노즐이 이물질에 막히는 것을 방지할 수도 있다.

다섯째, 상기 제1반응조(121)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 중등수가 배치되는 중등수공간부(123)와 하등수가 배치되는 하등수공간부(124)가 각각 마련되며, 상기 중등수공간부(123)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1중유입부(171)가 배치되고, 상기 하등수공간부(124)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1하부유입부(172)가 배치되며, 상기 제2반응조(122)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 중등수가 배치되는 중등수공간부(125)와 하등수가 배치되는 하등수공간부(126)가 각각 마련되고, 상기 중등수공간부(125)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2중층유입부(178)가 배치되며, 상기 하등수공간부(126)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2하부유입부(179)가 배치되고, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)와 연통되어 공급된 하수를 내부로 유입하는 하수유입구(174)가 상부에 형성된 상부챔버(173) 및, 상기 상부챔버(173)의 하부에 배치되고 상부챔버(173)와의 연결부위에 연통공(176)이 형성되며 하부에는 배출공(177)이 형성되어 내부로 유입된 하수를 각 반응조(121,122)의 내부로 배출하는 하부챔버(175)를 포함하고, 상기 하부챔버(175)는 상부에서 하부로 갈수록 점차적으로 크기가 확장되는 형태로 이루어져 하수유입구(174)를 통해 공급되는 하수의 유입 흐름보다 상대적으로 낮은 흐름으로 배출공(177)을 통해 하수를 배출함으로써, 하수유입량을 유지하면서도 낮은 흐름으로 하수를 배출하게 만들어서 빠른 하수 유입흐름에 의해 침전된 슬러지가 부상하여 재오염되는 것을 최소화할 수 있다.

여섯째, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 하수유입구(174)의 개구된 면적보다 연통공(176)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성되고, 상기 연통공(176)의 개구된 면적보다 배출공(177)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성됨으로써 각 반응조(121,122)의 내부로 유입되는 하수의 유입 흐름을 더욱 감소시킬 수 있다.

일곱째, 상기 제1분기관로부(193)는 제1중층유입부(171)와 연결되는 상부 제1분기관로(195) 및 상기 제1하부유입부(172)와 연결되는 하부 제1분기관(194)을 포함하고, 상기 제2분기관로부(196)는 제1중층유입부(178)와 연결되는 상부 제2분기관로(197) 및 상기 제2하부유입부(179)와 연결되는 하부 제2분기관(198)을 포함하며, 상기 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 배출함으로써, 각 중등수공간부(123,125)과 하등수공간부(124,126)에서 각각 구분하여 탈질과 인제거 공정을 수행할 수 있다.

여덟째, 순수하게 거대한 공기방울을 이용하여 부드럽게 교반함으로써 DO농도의 용해가 거의 없이 탈질반응이 가능하고 미생물 Floc의 파괴가 거의 없으며 상향류(up-flow)의 높은 전단력으로 인해 활성슬러지 입자의 거대화가 가능한, 조대기포 산기관 및 고효율 질소 및 인 제거 연속 회분식 하수처리 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리 시스템의 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리 시스템의 구성을 나타낸 측단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리 시스템의 구성을 나타낸 정단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상등수 배출장치의 구성을 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상등수 배출장치의 구성을 나타낸 측단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1중층유입부, 제1하부유입부, 제2중층유입부 또는 제2하부유입부의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 조대기포 산기관을 설명하는 부분 도면이다.
도 8은, 노즐부가 기존에 반응조 내에 이미 설치된 에어 배관과 조립되어 결합되는 일례를 도시한 것이다.
도 9는, 노즐부가 기존에 반응조 내에 이미 설치된 에어 배관과 조립되어 결합되는 다른 예를 도시한 것이다.
도 10은 노즐부가 반응조 내에 설치된 상기 에어 배관과 일체로 형성된 예를 도시한 도면이다.
도 11은 복수 개의 조대기포 산기관을 계열로 묶고 계열별로 제어하는 것을 도시한 도면이다.
도 12은 조대기포노즐의 형태와 생성방식을 도시한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(하수처리 시스템)

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리 시스템은 하수분할 유입장치를 이용하여 하수를 제1반응조와 제2반응조에 각각 주입하고 각 반응조 별로 서로 다른 하수처리 공정을 단계적으로 수행하여 혐기, 탈질 및 질산화 효율을 증대시키면서도 공정간 에너지 소비효율을 극대화하며, 상하로 회동동작하는 가이드관로를 이용하여 수위변화에 따라 승강이동하는 상등수 배출장치의 본체부를 견고하게 지지하면서도 외부로 상등수를 배출가능한 시스템으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 하수분할 유입장치(110), 제1반응조(121), 제2반응조(122) 및 상등수 배출장치(130)를 포함한다.

먼저, 하수분할 유입장치(110)는 각 반응조(121,122)에 선별적으로 하수를 공급하기 위한 구성으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하수조(181)에 연결된 하수관(182)를 통해 하수를 공급받으며 공급된 하수를 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196)를 통해 선택적으로 배출한다.

여기서, 하수조(181)에는 하수펌프(188)가 구비되고 하수펌프(188)는 후술되는 제어모듈(160)에 의해 구동제어되면서 하수분할 유입장치(110)의 하수유입구로 유입되는 하수의 유량을 조절할 수 있다.

또한, 하수분할 유입장치(110)는 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196) 중 어느 하나 이상의 관로부로 하수를 선택적으로 공급하거나 공급되는 하수를 차단할 수 있도록 내부에 관로변경밸브가 배치되며, 이 관로변경밸브는 제어모듈(160)의 제어신호에 따라 구동제어되어 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196) 중 어느 하나의 분기관로부에만 하수를 공급하거나 두 분기관로부(193,196)에 하수를 동시 공급할 수도 있다.

또한, 제1반응조(121)는 공급된 하수의 교반, 폭기 및 침전이 이루어지는 정화공간을 제공하는 수조로서 하수분할 유입장치(110)로부터 연장된 제1분기관로부(193)에 연결되어 공급되는 하수를 저장한다.

또한, 제2반응조(122)은 제1반응조(121)과 마찬가지로 공급된 하수의 교반, 폭기 및 침전이 이루어지는 정화공간을 제공하는 수조로서 하수분할 유입장치(110)로부터 연장된 제2분기관로부(196)에 연결되어 공급된 하수를 저장한다.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 각 반응조(121,122)의 저부에는 슬러지 배출관로(183)가 연결되어 저면에 침전된 슬러지를 슬러지탱크 측으로 배출할 수 있다.

상등수 배출장치(130)는 정화처리된 상등수를 선택적으로 외부 배출하기 위한 분리장치(Decanter)로서, 제1반응조(121)와 제2반응조(122)의 내부에 각각 배치되고 부력이 구비되어 하수의 수면위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출한다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상등수 배출장치(130)는, 상등수를 내부로 유입하여 수집하는 본체부(131) 및, 이 본체부(131)와 배출관로(183) 사이에 연장배치되며 내부에 유입된 상등수를 배출관로(183)로 배출하는 가이드관로(133)를 포함한다.

여기서, 가이드관로(133)는 일단이 본체부(131)에 회동가능하게 연결되고 타단은 배출관로(183)에 대하여 회동가능하게 연결되어 수위변화에 따른 본체부(131)의 승강이동에 따라 회동동작하면서 본체부(131)의 승강경로를 가이드한다.

또한, 본체부(131)는 내부에 빈 공간이 형성된 구조와 같이 부력을 생성할 수 있는 구조로 이뤄어지거나 스티로폼과 같이 부력을 생성할 수 있는 재질로 이루어져 자체적으로 하수에서 부상할 수 있으며, 부력이 구비되지 않는 경우 또는 부력을 보강하고자 하는 경우 도면에서와 같이 본체부(131)의 둘레에는 부력을 생성할 수 있는 구조 또는 재질로 이루어져 본체부(131)가 수평상태로 부상하도록 지지하는 복수 개의 보조부력부(132)가 배치될 수 있다. 각 보조부력부(132)는 본체부(131)에 장착된 지지프레임(135)에 함께 장착되어 부력을 본체부(131)에 제공할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 가이드관로(133)에 지지되어 본체부(131)가 승강할 수 있도록 본체부(131)의 하부에는 수평배치된 상부회동축(137)이 구비되어 가이드관로(133)의 일단이 회동가능하게 연결되고, 배출관로(183)는 단부가 각 반응조(121,122)의 내부에 관통삽입되어 배치될 수 있으며 배출관로(183)의 연장선상에는 수평배치된 하부회동축(139)이 구비되어 가이드관로(133)의 타단이 회동가능하게 연결될 수 있다.

여기서, 가이드관로(133)의 일단에는 상부회동관(136)이 구비되어 상부회동축(137)에 회동가능하게 장착되면서 본체부(131)의 내부로 유입된 상등수를 공급받을 수 있으며 상기 가이드관로(133)의 타단에는 하부회동관(134)이 구비되어 하부회동축(139)에 회동가능하게 장착되면서 가이드관로(133)의 중공(1331) 내부로 유입된 상등수를 공급받아 배출관로(183)측으로 배출할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 본체부(131)의 상단 테두리에는 상향 돌출된 측벽(1314)이 형성되어 상부면에 오목한 하수유입홈(1315)이 형성되고, 상기 측벽(1314)의 외부면에는 하수입수공(1311)이 측방으로 개구되며 측벽(1314)의 내측면에는 하수배수공(1313)이 측방으로 개구되고, 측벽(1314) 내부에는 하수입수공(1311)과 하수배수공(1313)을 연통시키기 위한 연결공(1312)이 형성되어 하수입수공(1311)으로 유입된 상등수를 하수유입홈(1315)측으로 배출할 수 있다.

또한, 상기 하수입수공(1311)은 측벽(1314) 상에서 하수의 수면에 발생하는 스컴보다 상대적으로 낮은 위치에 배치되고, 상기 하수배수공(1313)이 하수유입공(1311)보다 상대적으로 높은 위치에 배치되면서 상기 연결공(1312)이 측벽(1314) 내에서 절곡된 형상을 갖게 함으로써 하수의 수면에 발생한 스컴이나 이물질 등이 하수유입홈(1315)으로 유입되는 것을 최소화할 수 있다. 더불어, 도면에서와 같이 상기 하수입수공(1311)은 수평방향으로 길게 연장된 장공형상으로 형성되어 상등수의 유입량을 대폭 증대시킬 수 있다.

더불어, 도 5에서와 같이 상기 본체부(131)의 내부에는 상단은 하수유입홈(1315)과 연통되고 하단은 가이드관로(133)의 상부회동관(136)과 연통되도록 배치되어 하수유입홈(1315)으로 배출된 상등수가 가이드관로(133)으로 유입되도록 한다.

상술한 바와 같이 슬러지가 포함된 하수를 제1반응조(121)와 제2반응조(122)에 각각 주입하고 각 반응조별로 서로 다른 하수처리 공정을 단계적으로 수행하여 혐기, 탈질 및 질산화 효율을 증대시키면서도 공정간 에너지 소비효율을 극대화할 수 있다.

또한, 자바라 형태를 갖는 종래의 지지부재를 이용하는 경우와 달리 수위변화에 따라 승강이동하는 상등수 배출장치(130)의 본체부(131)를 견고하게 지지하면서도 외부로의 상등수 배출이 가능하며 이로 인해 대규모 하수처리시스템에도 적용이 가능할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리 시스템은 하수의 교반공정 및 폭기공정(반응공정)을 위해 제1산기부(141), 제2산기부(142), 에어블로워(143), 제1교반부(144), 제2교반부(147) 및 제어모듈(160)을 더 포함한다.

제1산기부(141)는 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 제1반응조(121) 내에서의 폭기공정에 필요한 미세기포를 생성하고, 제2산기부(142)는 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 제2반응조(122) 내에서의 폭기공정에 필요한 미세기포를 생성하며, 상기 에어블로워(143)는 제1산기부(141) 및 제2산기부(142)와 에어관로(199)로 각각 연결되어 미세기포 생성에 필요한 에어를 공급한다.

제1교반부(144)는 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 제1반응조(121) 내에서의 교반공정에 필요한 교반수류를 형성하며, 제2교반부(147)는 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 제2반응조(122) 내에서의 교반공정에 필요한 교반수류를 형성한다. 하수가 유동하는 관로 상에 배치되어 제어신호에 따라 개폐동작하며 유량 제어할 수도 있다.

각 산기부(141,142)와 에어블로워(143)를 연결하는 에어공급관로(199)에는 에어밸브(164)가 구비되고 이 에어밸브(164)는 제어모듈(160)에 의해 구동제어되면서 각 산기부(141,142)로 공급되는 에어의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제어모듈(160)은 각 공정별로 각 반응조(121,122)에 필요한 하수나 에어가 공급 또는 배출되도록 프로그래밍된 사항에 따라 하수분할 유입장치(110), 각 산기부(141,142), 각 교반부(144,147), 에어블로워(143) 등을 구동제어한다.

여기서, 제어모듈(160)은, 상기 제1반응조(121)에서 교반공정이 이루어질 때 상기 제2반응조(122)에서 침전공정이 이루어지고, 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때 제2반응조(122)에서 방류공정이 이루어지며, 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때 제2반응조(122)에서 교반공정이 이루어지고, 제1반응조(121)에서 방류공정이 이루어질 때 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어지도록 상기 하수분할 유입장치(110), 각 산기부(141,142), 각 교반부(144,147), 에어블로워(143), 에어밸브(164) 등을 구동제어함으로써, 각 반응조(121,122)에 하수를 공급하거나 공급된 하수를 배출하거나 에어를 공급하기 위해 필요한 동력원(예를 들면, 펌프 및 에어블러워)의 구동을 최소화할 수 있으므로 정화처리 공정을 수행하는데 필요한 에너지소비 효율을 극대화할 수 있다.

상기 제1교반부(144) 및 제2교반부(147)는 에어블로워(143)로부터 에어를 공급받아 조대기포를 생성하여 교반기류를 형성하는 조대기포 산기관(조대기포 산기관에 대한 구체적인 내용은 후술함)으로 이루어짐으로써, 교반용 프로펠러가 각 반응조(121,122) 내부에 배치될 필요가 없어 반응조(121,122) 내부공간을 효율적으로 사용할 수 있으면서도 교반효율을 증대시킬 수 있다. 이 경우 산기부(141,142)와 마찬가지로 각 교반부(144,147)와 에어블로워(143)를 연결하는 에어공급관로에는 유량밸브가 구비되고 이 유량밸브는 제어모듈(160)에 의해 구동제어되면서 각 교반부(144,147)로 공급되는 에어의 유량을 조절할 수 있다. 이와 같은 조대 기포가 생기는 구조를 만들어서, 수중에 녹아 들어가는 산소 농도를 최소화하고, 노즐이 이물질에 막히는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1반응조(121)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 중등수가 배치되는 중등수공간부(123)와 하등수가 배치되는 하등수공간부(124)가 각각 마련되며, 상기 중등수공간부(123)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1중층유입부(171)가 배치되고, 상기 하등수공간부(124)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1하부유입부(172)가 배치된다. 이와 같은 구조는, 중간 교반시 슬러지층이 유동하지 않고, 슬러지 압밀이 잘 되도록 하는 구조로서, 유동슬러지와 중등수, 하등수가 분리될 수 있는 구조를 만든다.

또한, 상기 제2반응조(122)도 마찬가지로 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 중등수가 배치되는 중등수공간부(125)와 하등수가 배치되는 하등수공간부(126)가 각각 마련되고, 상기 중등수공간부(125)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2중층유입부(178)가 배치되며, 상기 하등수공간부(126)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2하부유입부(179)가 배치된다. 마찬가지로, 이와 같은 구조는, 중간 교반시 슬러지층이 유동하지 않고, 슬러지 압밀이 잘 되도록 하는 구조로서, 유동슬러지와 중등수, 하등수가 분리될 수 있는 구조를 만든다.

더불어, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)와 연통되되 별도로 분리 구성되어, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)로부터 공급된 하수를 내부로 유입하는 하수유입구(174)가 상부에 형성된 상부챔버(173) 및, 상기 상부챔버(173)의 하부에 배치되고 상부챔버(173)와의 연결부위에 연통공(176)이 형성되며 하부에는 배출공(177)이 형성되어 내부로 유입된 하수를 각 반응조(121,122)의 내부로 배출하는 하부챔버(175)를 포함한다.

그리고, 상기 하부챔버(175)는 상부에서 하부로 갈수록 점차적으로 크기가 확장되는 형태로 이루어져 하수유입구(174)를 통해 공급되는 하수의 유입 흐름보다 상대적으로 낮은 흐름으로 배출공(177)을 통해 하수를 배출함으로써, 하수유입량을 유지하면서도 빠른 하수 유입 흐름에 의해 침전된 슬러지가 부상하여 재오염되는 것을 최소화할 수 있다.

또한, 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 하수유입구(174)의 개구된 면적보다 연통공(176)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성되고, 상기 연통공(176)의 개구된 면적보다 배출공(177)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성됨으로써 하수유입 흐름을 더욱 감소시킬 수 있다.

더불어, 상기 제1분기관로부(193)는 제1중층유입부(171)와 연결되는 상부 제1분기관로(195) 및 상기 제1하부유입부(172)와 연결되는 하부 제1분기관(194)을 포함하고, 상기 제2분기관로부(196)는 제2중층유입부(178)와 연결되는 상부 제2분기관로(197) 및 상기 제2하부유입부(179)와 연결되는 하부 제2분기관(198)을 포함하며, 상기 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 배출함으로써, 각 중등수공간부(123,125)과 하등수공간부(124,126)에서 각각 구분하여 탈질과 인제거 공정을 수행할 수 있다.

한편, 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 배출하는 구조와 관련해서는, 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)에 대응하는 배출 연결홀이 마련된 회전구(배출 연결홀만이 개방되어 있는 내부가 비어 있는 구 형상 등)를, 모터에 의해 회전하여, 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198) 가운데 어느 하나의 관 또는 2개의 관만이 배출 연결홀에 연결되어, 배출 연결홀에 연결된 관으로는 회전구의 내부를 통해서 하수가 선택적으로 배출되고, 배출 연결홀에 연결되지 않은 관에 대해서는 회전구에 의해서 막혀서 하수가 배출되지 않도록 할 수 있다. 회전구의 내부에는 다른 관으로의 배출을 막도록 내부 격벽 구조로 구분되어 있다.

(하수처리 방법)

본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 연속 회분식 하수처리장치를 이용한 하수처리 방법은, 하수조(181)에 연결된 하수관(182)를 통해 하수를 공급받으며 공급된 하수를 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196)를 통해 중등수공간부(123, 125) 및 하등수공간부(124, 126)에 각각 탈질소화 및 탈 인화에 필요한 하수의 유기물을 선택적으로 공급하는 하수분할 유입 단계, 상기 제1분기관로부(193)에서 공급되는 하수를 제1반응조(121)에 저장하는 단계, 상기 제2분기관로부(196)에서 공급되는 하수를 제2반응조(122)에 저장하는 단계, 상기 제1반응조(121)에서 중등수공간부(123) 및 하등수공간부(124) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 침전공정이 이루어지는 단계, 상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어지는 단계, 상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 중등수공간부(125) 및 하등수공간부(126) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어지는 단계, 상기 제1반응조(121)에서는 상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어지는 단계, 및 자동화 제어모듈(60)은, 상기 하수분할유입장치(110), 상기 제1반응조(121)에 대한 제1중층유입부(171) 및 제1하부유입부(172), 상기 제2반응조(122)에 대한 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179), 상기 제1산기부(141) 및 상기 제2산기부(142), 상기 중등수공간부(123, 125), 상기 하등수공간부(124, 126) 및 에어블로워(143)를 구동제어하는 단계를 포함한다.

여기서, 제1반응조(121)에서 교반공정이 이루어질 때, 탈질소화를 높일 수 있도록, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하고, 상기 제2반응조(122)에서 침전공정이 이루어질 때, 침전효율을 높일 수 있도록, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입하지 않는다.

또한, 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하지 않은 상태에서 질산화 효율을 높이고 일정시간 안에 질산화가 종료되면, 중등수공간부(123)내 중층부에 대한 조대공기 제1교반부(145)를 통해 산소농도를 줄여 무산소조건을 형성하고, 상기 제2반응조(122)에서 방류공정이 이루어질 때 방류가 종료될 때까지 하수를 유입하지 않고 상등수를 배출하고 방류 종료 후에 하등수공간부(126)에 하수를 유입하여 탈 인효율을 높인다.

또한, 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때, 침전효율을 높일 수 있도록, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하지 않고, 상기 제2반응조(121)에서 교반공정이 이루어질 때, 탈질소화를 높일 수 있도록, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입한다.

또한, 제1반응조(121)에서 방류공정이 이루어질 때 방류가 종료될 때까지 하수를 유입하지 않고 상등수를 배출하고 방류 종료 후에 하등수공간부(124)에 하수를 유입하여 탈 인효율을 높이는, 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입하지 않은 상태에서 질산화 효율을 높이고 일정시간 안에 질산화가 종료되면, 중등수공간부(125)내 중층부에 대한 조대공기 제1교반부(148)를 통해 산소농도를 줄여 무산소조건을 형성한다.

또한, 제1분기관로부(193)는 제1중층유입부(171)와 연결되는 상부 제1분기관로(195) 및 상기 제1하부유입부(172)와 연결되는 하부 제1분기관(194)을 포함하고, 상기 제2분기관로부(196)는 제2중층유입부(178)와 연결되는 상부 제2분기관로(197) 및 상기 제2하부유입부(179)와 연결되는 하부 제2분기관(198)을 포함하며, 하수분할 유입장치(110)를 통해서, 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 각각 탈질소화 및 탈 인화에 필요한 하수의 유기물을 선택적으로 유입시키는 단계를 포함한다.

또한, 상등수 배출장치(130)는, 상등수를 내부로 유입하여 수집하는 본체부(131), 및 상기 본체부(131)와 배출관로(183) 사이에 연장배치되며 내부에 중공(1331)이 형성되어 상기 본체부(131)의 내부로 유입된 상등수를 배출관로(183)로 배출하되, 일단은 본체부(131)에 회동가능하게 연결되고 타단은 상기 배출관로(183)에 대하여 회동가능하게 연결되어 수위변화에 따른 본체부(131)의 승강이동에 따라 회동동작하면서 본체부(131)의 승강경로를 가이드하는 가이드관로(133)를 포함한다.

또한, 제1교반부(144) 및 제2교반부(147)에 연결된 조대공기 제1교반부(145, 148) 및 조대공기 제2교반부(146, 149)는, 조대공기를 생성시켜 수중에 녹아 들아가는 산소농도를 최소화하고, 노즐이 이물질로 막히는 것을 방지할 수 있도록, 상기 에어블로워(143)로부터 에어를 공급받아 조대공기를 생성하여 조대공기의 상승류로 교반기류를 형성하는 조대기포 산기관으로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 제1반응조(121)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 일정량의 탈질화 미생물이 유지된 중등수가 배치되는 중등수공간부(123)와 고농도의 탈 인화 미생물이 유지된 하등수가 배치되는 하등수공간부(124)가 각각 마련되며, 상기 중등수공간부(123)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1중층유입부(171) 및 조대공기 제1교반부(145)가 각각 배치되고, 상기 하등수공간부(124)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 유입하는 제1하부유입부(172) 및 조대공기 제2교반부(146)가 배치되며, 상기 제2반응조(122)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어 내부에 일정량의 탈질화 미생물이 유지된 중등수가 배치되는 중등수공간부(125)와 고농도의 탈 인화 미생물이 유지된 하등수가 배치되는 하등수공간부(126)가 각각 마련되고, 상기 중등수공간부(125)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2중층유입부(178) 및 조대공기 제1교반부(148)가 각각 배치되고, 상기 하등수공간부(126)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 유입하는 제2하부유입부(179) 및 조대공기 제2교반부(149)가 배치된다.

또한, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)와 연통되되 별도로 분리되어 이루어지며, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)로부터 공급된 하수를 내부로 유입하는 하수유입구(174)가 상부에 형성된 상부챔버(173) 및, 상기 상부챔버(173)의 하부에 배치되고 상부챔버(173)와의 연결부위에 연통공(176)이 형성되며 하부에는 배출공(177)이 형성되어 내부로 유입된 하수를 각 반응조(121,122)의 내부로 배출하는 하부챔버(175)를 포함하고, 침전된 미생물계면의 교란을 예방할 수 있도록, 상기 하부챔버(175)는 상부에서 하부로 갈수록 점차적으로 크기가 확장되는 형태로 이루어져 하수유입구(174)를 통해 공급되는 하수의 유입 흐름보다 상대적으로 낮은 흐름으로 배출공(177)을 통해 상기 중등수공간부(123, 125) 및 상기 하등수공간부(124, 126)에 각각 유입시켜 하수를 배출한다.

또한, 상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 하수유입구(174)의 개구된 면적보다 연통공(176)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성되고, 상기 연통공(176)의 개구된 면적보다 배출공(177)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성된다.

또한, 상기 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 유입시킴에 있어서, 상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198)에 대응하는 배출 연결홀이 마련된 회전구를, 모터의 의해 회전하여, 상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198) 가운데 어느 하나 또는 2개의 관만이 상기 배출 연결홀에 연결되어, 상기 배출 연결홀에 연결된 관으로는 하수가 상기 회전구 내부를 통해서 선택적으로 배출되고, 상기 배출 연결홀에 연결되지 않은 관에 대해서는 하수가 상기 회전구에 의해서 막혀서 하수가 배출되지 않도록 한다.

(조대기포 산기관)

본 발명에 따른 조대기포 산기관에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 조대기포 산기관을 설명하는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 조대기포를 생성하는 조대기포 산기관은, 외부에 위치하는 별도의 에어블로워로부터 에어를 공급받는 에어 배관과, 이 에어 배관으로부터 고압으로 배출된 에어를 이용하여, 조대기포를 생성하여 토출하는 노즐부를 포함한다. 기존 포기용 송풍기를 그대로 활용하여 조대기포 노즐을 통해 SBR 반응조의 전면에 균일하게 교반되도록 할 수 있다. 이 때 조대기포의 직경은 10mm~30mm 이내로 교반 중에 DO의 용해가 거의 없도록 할 수 있다. 조대기포 교반은 SBR 반응조의 상하부 지점에 혐기, 무산소 상태가 구분되도록 층별로 교반이 가능하다는 장점을 갖는다. 송풍기의 인버터 제어(VVVF)를 통해 교반강도의 조절과 동시에 송풍기의 전력비를 동시에 절감할 수 있다.

이 때, 고압으로 에어가 배출되고, 에어 공급이 정지될 때 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있도록, 노즐부가 에어 배관과 만나는 노즐부의 입구를 상대적으로 좁게 형성하고, 노즐부가 외부 반응조와 만나는 노즐부의 출구는, 조대기포가 생성될 수 있도록, 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성하여야 한다. 노즐부는 나사 타입(도 8), 새들(saddle) 타입(도 9), 일체형 타입(도 10) 등으로 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조대기포 산기관에 대한 구조를 나타낸 부분 단면도이다. 구체적으로, 도 8은, 노즐부가 기존에 반응조 내에 이미 설치된 에어 배관과 조립되어 결합되는 일례를 도시한 것이다. 도 8의 (a)와 같은 나사 소켓이 에어 배관의 어느 일측에 마련되고, 도 8의 (a)와 같은 나사 소켓의 내부에 나사 결합되는 산기관의 외형, 그리고 내부의 단면도를 나타낸 것이 각각 도 8의 (b) 및 도 8의 (c)이다. 나사 소켓이 마련되는 에어 배관의 나사 소켓 측으로의 유입부는 점점 좁아지는 구조로 만들어서 나사 소켓에 대해서 고압으로 에어가 배출되도록 하며, 도 8의 (c)와 같은 단면 구조에서 알 수 있듯이, 에어토출부가 확장되어서 에어가 배출되면서 조대 버블을 형성하도록 만든다.

도 8에 도시된 것처럼, 노즐부는, 에어 배관의 어느 개방된 일측에 밀폐가능하게 마련되되 그 개방된 일측보다 큰 외경을 갖는 나사 소켓, 이 나사 소켓의 내측에 마련된 나사산에 나사체결되어 결합되며, 그 단면 구조가 입구는 상대적으로 좁게 형성하고, 출구는 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성되도록 이루어진다. 이 때, 입구쪽에서 일정 거리 동안은 입구의 직경과 동일한 홀로 형성되어, 이물질이 들어가지 못하게 하면서, 고압으로 에어를 배출하게 할 수 있다.

도 9는, 노즐부가 기존에 반응조 내에 이미 설치된 에어 배관과 조립되어 결합되는 다른 예를 도시한 것이다. 노즐부는, 에어 배관의 어느 개방된 일측에 밀폐 가능하게 마련되되 개방된 일측을 커버하는 제 1 새들(saddle), 및 에어 배관을 기준으로 제 1 새들의 반대쪽에 위치하여 제 1 새들과 나사결합되는 제 2 새들를 포함한다. 제 1 새들은, 그 단면 구조가 에어 배관의 어느 개방된 일측과 만나는 노즐부의 입구는 상대적으로 좁게 형성하고, 출구는 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성되도록 이루어진다.

도 10은 노즐부가 반응조 내에 설치된 상기 에어 배관과 일체로 형성된 예를 도시한 도면이다. 노즐부는, 에어 배관의 어느 개방된 일측에 마련되되, 그 단면 구조가 상기 에어 배관의 어느 개방된 일측과 만나는 노즐부의 입구는 상대적으로 좁게 형성하고, 출구는 상기 노즐부의 입구보다 상대적으로 넓게 형성되도록 이루어진다.

도 11은 균등화 교번 챔버를 설치한 것을 도시한 도면이다. 산소용해율이 적은 공기를 이용한 교반기술은 국내 전무한 상태이며 공기교반이 필요한 하수처리장은 A2O계열의 경우 혐기조, 무산소조이며, SBR계열의 경우 기계식 교반기 대신 조대기포를 사용하는 것이 가능하다.

기존 혐기조 및 무산소조의 교반기는 종축 혹은 횡축 교반기를 사용하는데 교반기의 잦은 고장과 수리 시 호이스트 인양 등의 유지관이의 어려움이 있는데 반해, 조대기포 교반기술은 조대기포 산기관을 혐기조 및 무산소조 바닥부에 설치 후 에어블로워로 교반하여 호이스트가 필요 없고 에어블로워(송풍기)가 지상에 있어 수리가 용이하고 예비 에어블로워를 설치하여 수리 시 교반이 정지되는 문제점이 해결된다. 또한, 조대기포 산기관의 설치 시 바닥부에 A, B계열 혹은 A, B, C계열 순으로 교차로 설치하여 1대의 송풍기로 밸브로 조절하여 시간대별로 A, B계열 혹은 A, B, C계열 순으로 교대로 교반 시 교반에 대한 에너지(송풍기)비용을 1/2, 1/3로 획기적으로 줄일 수 있다.

이러한 교반기술은 대용량일수록 기계식 교반기 대비 에너지비용을 줄일 수 있는 특성을 가지며 밸브를 이용한 교대교반은 혐기조 및 무산소조내 슬러지의 누적과 부패를 방지함은 물론, 조 내의 교반을 골고루 교반이 가능하고 상황변화에 따라 운전자가 자동 제어판넬에 의해 자동으로 설정하여 교반할 수 있는 장점이 있다.

또한, 밸브제어와 더불어 송풍기의 인버터의 제어를 통해 교반강도를 운전자가 현장상황에 맞춰 설정할 수 있다. 이는 하수처리장에서 교반기의 성능 저하 및 고장, 교반효율에 대한 스트레스를 줄일 수 있다. 하지만, 기존 기계식 교반기의 경우 대수 제어 방식으로 별도의 자동제어장치가 없어 운전의 유연성이 제한적이다. 조대기포 교반은 혐기조 및 무산소조의 상부에 생길 수 있는 미생물의 사체 즉, 스컴의 제거효과도 동시에 있으며 조대기포가 상부로 올라오면서 기포의 터짐현상에 의해 스컴이 파괴되는 효과를 가진다.

또한, SBR계열에서 혐기성을 유지하기 위한 교반 시 조대기포를 사용할 경우 교반 효율의 향상과 운전의 편의성, 유지관리성이 우수하며 침전성이 향상되어 처리수질이 개선된다.

(공기교반)

SBR공정은 A2O공정에 비해 보다 긴 SRT의 유지가 요구되어 MLSS농도가 상대적으로 높게 운전되며 긴 SRT는 활성슬러지 미생물이 내생호흡단계에서 운전되어 잉여슬러지량이 적게 발생하는 이점이 있으나 슬러지의 침전성이 상대적으로 낮은 단점을 가지고 있다.

하지만, SBR 공정은 반응조 전체의 넓은 수면적을 이용하여 침전하므로 활성슬러지 입자의 파괴 없이 거대 입자를 생성하여 슬러지의 침강성을 향상시킨다면 우수한 처리 수질을 확보할 수 있다.

SBR 공정의 포기 시, 기질 분해 단계와 기질 부족 단계가 주기적으로 일어나는데 미생물을 점점 더 소수성 상태로 만들고 높은 세포 소수성은 미생물 집합을 용이하게 만든다.

활성 슬러지 입자를 거대화하기 위해서는, 호기성 그래뉼 생성조건과 유사한 환경조건이 필요한데 높은 전단력(shear force), 높은 SRT, 주기적인 기질 부족단계가 반복적인 과정에서 생성되며, 적당한 전단력은 호기성 그래뉼 생성의 시작과 입자가 커지고 안정화되는데 큰 영향을 미치며 상향공기속도 1.2cm/sec 이상의 높은 전단력은 미생물을 자극하여 세포 외분비성 고분자 물질(EPS) 생성 및 미생물 활동성을 촉진시킨다.

활성슬러지에 대한 거대 입자의 형성은 SBR 반응조 내 높은 MLSS의 유지가 가능하고 부하변동에도 강한 특징을 가진다.

한편, 본 발명과 같은 조대기포를 이용한 생물학적 교반에 대한 기술은 국내외에 전무한 상태이다. 조대기포는 순수하게 거대한 공기방울을 이용하여 부드럽게 교반함으로써 DO농도의 용해가 거의 업싱 탈질반응이 가능하고 미생물 Floc의 파괴가 거의 없으며 상향류의 높은 전단력으로 인해 활성슬러지 입자의 거대화가 가능하다. 도 12와 같은 조대기포 노즐을 통해서, 기존 포기용 송풍기(블로워)를 그대로 활용하여도 SBR 반응조의 전면에 균일하게 교반되도록 하였으며 이 때 조대기포의 직경은 10mm~30mm 이내로 교반 중에 DO의 용해가 거의 없도록 하였다.

조대기포로 교반 시 장점은 수중교반기보다 송풍기(블로워)의 30 내지 40 ㎐의 낮은 주파수로 제어하여 동력비가 적게 소요되며 교반기의 임펠러(Impeller)에 의한 활성슬러지의 파괴가 거의 없으며 SBR반응조의 상하부 층별로 분리 교반이 가능하여 혐기성 구간과 무산소성 구간을 동일한 시간대에 별도로 분리할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

110...하수분할 유입장치 121...제1반응조
122...제2반응조 123...중등수공간부
124...하등수공간부 130...상등수 배출장치
131....본체부 132...보조부력부
133...가이드관로 141...제1산기부
142...제2산기부 143...에어블로워
144...제1교반부 147...제2교반부
160...제어모듈 162...에어밸브(디켄터 제어)
163...슬러지밸브 164...에어밸브(교반, 포기)
171...제1중층유입부 172...제1하부유입부
178...제2중층유입부 179...제2하부유입부
173...상부챔버 175...하부챔버

Claims (12)

1. 고효율 연속 회분식 하수처리장치를 이용한 하수처리 방법으로서,
   상기 고효율 연속 회분식 하수처리장치에서는, 하수조(181)에 연결된 하수관(182)를 통해 하수를 공급받으며 공급된 하수를 제1분기관로부(193)와 제2분기관로부(196)를 통해 중등수공간부(123, 125) 및 하등수공간부(124, 126)에 각각 탈질소화 및 탈 인화에 필요한 하수의 유기물을 선택적으로 공급하여, 상기 제1분기관로부(193)에서 공급되는 하수는 제1반응조(121)에 저장하고, 상기 제2분기관로부(196)에서 공급되는 하수를 제2반응조(122)에 저장하여 처리하되,
   상기 하수처리 방법은,
   상기 제1반응조(121)에서 중등수공간부(123) 및 하등수공간부(124) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 침전공정이 이루어지는 단계;
   상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서는 상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어지는 단계;
   상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 중등수공간부(125) 및 하등수공간부(126) 각각 서로 구분되는 교반공정이 이루어지는 단계; 및
   상기 제1반응조(121)에서는 상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 부력이 구비된 상등수 배출장치(130)가 정화된 하수의 상등수의 수면 위로 상부가 노출되도록 부상하며 하수의 상등수를 수집하여 배출관로(183)를 통해 정화수조(184)로 배출하여 방류공정이 이루어질 때, 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어지는 단계;를 포함하고,
   자동화 제어모듈(60)은, 하수분할유입장치(110), 상기 제1반응조(121)에 대한 제1중층유입부(171) 및 제1하부유입부(172), 상기 제2반응조(122)에 대한 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179), 상기 중등수공간부(123, 125), 상기 하등수공간부(124, 126), 에어블로워(143), 및 상기 에어블로워(143)에 연결되며 상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 제1반응조(121) 내에서의 폭기공정에 필요한 미세기포를 생성하는 제1산기부(141), 및 상기 에어블로워(143)에 연결되며 상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 제2반응조(122) 내에서의 폭기공정에 필요한 미세기포를 생성하는 제2산기부(142)를 구동 제어하고,
   상기 제1반응조(121)의 내부에 배치되어 상기 제1반응조(121) 내에서의 교반공정에 필요한 교반수류를 형성하는 제1교반부(144)에 연결된 제1교반부(144)의 조대공기 제1교반부(145) 및 조대공기 제2교반부(146)는, 조대공기를 생성시켜 수중에 녹아 들아가는 산소농도를 최소화하고, 노즐이 이물질로 막히는 것을 방지할 수 있도록, 상기 에어블로워(143)로부터 에어를 공급받아 조대공기를 생성하여 조대공기의 상승류로 교반기류를 형성하는 조대기포 산기관으로 이루어지고,
   상기 제2반응조(122)의 내부에 배치되어 상기 제2반응조(122) 내에서의 교반공정에 필요한 교반수류를 형성하는 제2교반부(147)에 연결된 제2교반부(147)의 조대공기 제1교반부(148) 및 조대공기 제2교반부(149)는, 조대공기를 생성시켜 수중에 녹아 들아가는 산소농도를 최소화하고, 노즐이 이물질로 막히는 것을 방지할 수 있도록, 상기 에어블로워(143)로부터 에어를 공급받아 조대공기를 생성하여 조대공기의 상승류로 교반기류를 형성하는 조대기포 산기관으로 이루어지고,
   상기 제1반응조(121)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어, 일정량의 탈질화 미생물이 유지된 중등수가 배치되는 단차 위의 중등수공간부(123)와, 고농도의 탈 인화 미생물이 유지된 하등수가 배치되는 상기 제1반응조(121)의 바닥면의 오목한 중앙부에 위치하는 하등수공간부(124)가 각각 마련되며,
   상기 중등수공간부(123)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제1중층유입부(171) 및 조대공기 제1교반부(145)가 각각 배치되고, 상기 하등수공간부(124)에는 제1분기관로부(193)와 연결되어 공급된 하수를 유입하는 제1하부유입부(172) 및 조대공기 제2교반부(146)가 배치되며,
   상기 제2반응조(122)는 바닥면의 중앙부가 오목하도록 중앙부와 양측부가 단차지게 형성되어, 일정량의 탈질화 미생물이 유지된 중등수가 배치되는 단차 위의 중등수공간부(125)와, 고농도의 탈 인화 미생물이 유지된 하등수가 배치되는 상기 제2반응조(122)의 바닥면의 오목한 중앙부에 위치하는 하등수공간부(126)가 각각 마련되고,
   상기 중등수공간부(125)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 배출하는 제2중층유입부(178) 및 조대공기 제1교반부(148)가 각각 배치되고, 상기 하등수공간부(126)에는 제2분기관로부(196)와 연결되어 공급된 하수를 유입하는 제2하부유입부(179) 및 조대공기 제2교반부(149)가 배치되는 것을 특징으로 하는,
   하수처리 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1반응조(121)에서 교반공정이 이루어질 때, 탈질소화를 높일 수 있도록, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하고, 상기 제2반응조(122)에서 침전공정이 이루어질 때, 침전효율을 높일 수 있도록, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입하지 않는,
   하수처리 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1반응조(121)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하지 않은 상태에서 질산화 효율을 높이고 일정시간 안에 질산화가 종료되면, 중등수공간부(123)내 중층부에 대한 조대공기 제1교반부(145)를 통해 산소농도를 줄여 무산소조건을 형성하고, 상기 제2반응조(122)에서 방류공정이 이루어질 때 방류가 종료될 때까지 하수를 유입하지 않고 상등수를 배출하고 방류 종료 후에 하등수공간부(126)에 하수를 유입하여 탈 인효율을 높이는,
   하수처리 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1반응조(121)에서 침전공정이 이루어질 때, 침전효율을 높일 수 있도록, 상기 제1분기관로부(193)로부터 상기 제1반응조(121)로 하수를 유입하지 않고, 상기 제2반응조(122)에서 교반공정이 이루어질 때, 탈질소화를 높일 수 있도록, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입하는,
   하수처리 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1반응조(121)에서 방류공정이 이루어질 때 방류가 종료될 때까지 하수를 유입하지 않고 상등수를 배출하고 방류 종료 후에 하등수공간부(124)에 하수를 유입하여 탈 인효율을 높이는, 상기 제2반응조(122)에서 폭기공정이 이루어질 때, 상기 제2분기관로부(196)로부터 상기 제2반응조(122)로 하수를 유입하지 않은 상태에서 질산화 효율을 높이고 일정시간 안에 질산화가 종료되면, 중등수공간부(125)내 중층부에 대한 조대공기 제1교반부(148)를 통해 산소농도를 줄여 무산소조건을 형성하는,
   하수처리 방법.
   
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1분기관로부(193)는 제1중층유입부(171)와 연결되는 상부 제1분기관로(195) 및 상기 제1하부유입부(172)와 연결되는 하부 제1분기관(194)을 포함하고,
   상기 제2분기관로부(196)는 제2중층유입부(178)와 연결되는 상부 제2분기관로(197) 및 상기 제2하부유입부(179)와 연결되는 하부 제2분기관(198)을 포함하며,
   하수분할 유입장치(110)를 통해서, 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 각각 탈질소화 및 탈 인화에 필요한 하수의 유기물을 선택적으로 유입시키는 단계를 포함하는,
   하수처리 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 상등수 배출장치(130)는,
   상등수를 내부로 유입하여 수집하는 본체부(131) 및,
   상기 본체부(131)와 배출관로(183) 사이에 연장배치되며 내부에 중공(1331)이 형성되어 상기 본체부(131)의 내부로 유입된 상등수를 배출관로(183)로 배출하되, 일단은 본체부(131)에 회동가능하게 연결되고 타단은 상기 배출관로(183)에 대하여 회동가능하게 연결되어 수위변화에 따른 본체부(131)의 승강이동에 따라 회동동작하면서 본체부(131)의 승강경로를 가이드하는 가이드관로(133)를 포함하는,
   하수처리 방법.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)와 연통되되 별도로 분리되어 이루어지며, 상기 제1분기관로부(193) 또는 제2분기관로부(196)로부터 공급된 하수를 내부로 유입하는 하수유입구(174)가 상부에 형성된 상부챔버(173) 및, 상기 상부챔버(173)의 하부에 배치되고 상부챔버(173)와의 연결부위에 연통공(176)이 형성되며 하부에는 배출공(177)이 형성되어 내부로 유입된 하수를 각 반응조(121,122)의 내부로 배출하는 하부챔버(175)를 포함하고,
    침전된 미생물계면의 교란을 예방할 수 있도록, 상기 하부챔버(175)는 상부에서 하부로 갈수록 점차적으로 크기가 확장되는 형태로 이루어져 하수유입구(174)를 통해 공급되는 하수의 유입 흐름보다 상대적으로 낮은 흐름으로 배출공(177)을 통해 상기 중등수공간부(123, 125) 및 상기 하등수공간부(124, 126)에 각각 유입시켜 하수를 배출하는 것을 특징으로 하는,
    하수처리 방법.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1중층유입부(171), 제1하부유입부(172), 제2중층유입부(178) 및 제2하부유입부(179)는,
    상기 하수유입구(174)의 개구된 면적보다 연통공(176)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성되고,
    상기 연통공(176)의 개구된 면적보다 배출공(177)의 개구된 면적이 상대적으로 크게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    하수처리 방법.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하수분할 유입장치(110)는 상부 제1분기관(195), 하부 제1분기관(194), 상부 제2분기관(197) 및 하부 제2분기관(198)을 통해 하수를 선택적으로 유입시킴에 있어서,
    상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198)에 대응하는 배출 연결홀이 마련된 회전구를, 모터의 의해 회전하여,
    상기 상부 제1분기관(195), 상기 하부 제1분기관(194), 상기 상부 제2분기관(197) 및 상기 하부 제2분기관(198) 가운데 어느 하나 또는 2개의 관만이 상기 배출 연결홀에 연결되어, 상기 배출 연결홀에 연결된 관으로는 하수가 상기 회전구 내부를 통해서 선택적으로 배출되고, 상기 배출 연결홀에 연결되지 않은 관에 대해서는 하수가 상기 회전구에 의해서 막혀서 하수가 배출되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는,
    하수처리 방법.
    

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